[發(fā)明專利]一種高陡巖體崩塌機(jī)制的物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710453926.X
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN107340191B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀凱;陳春利;李濱;馮振;王文沛;高楊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所;中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院
• 主分類號(hào): G01N3/32
• 分類號(hào): G01N3/32;G01N3/08;G01B11/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 劉強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種高陡巖體崩塌機(jī)制的物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、試?yàn)承臺(tái)、人工反力裝置和測試設(shè)備；崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ头胖迷谠囼?yàn)承臺(tái)上，人工反力裝置設(shè)置在崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷纳隙?；在崩塌試?yàn)?zāi)Ｐ偷撞繀^(qū)域與試驗(yàn)承臺(tái)結(jié)合面、崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷撞繀^(qū)域與上部區(qū)域結(jié)合面分別布設(shè)壓力傳感器；在崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕戏胶蛡?cè)面安裝激光傳感器；在崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷撞繀^(qū)域的中間部位設(shè)置聲波換能器，連接聲波測試儀用以監(jiān)測波速變化；在崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡撞繀^(qū)域和上部區(qū)域分別安裝用以監(jiān)測崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅浪Х€(wěn)的動(dòng)態(tài)全過程的高速攝像機(jī)。本發(fā)明填補(bǔ)了目前高陡巖體崩塌模型試驗(yàn)的空白，可為高陡巖體崩塌災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)提供重要數(shù)據(jù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于崩塌災(zāi)害試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，尤其是一種高陡巖體崩塌機(jī)制的物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

崩塌災(zāi)害是我國最為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害之一，造成了大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。尤其是具有較大高徑比的塔柱狀、板狀等大型高陡巖體，分布范圍廣，且更易在降水、人類工程活動(dòng)等作用下發(fā)生崩塌，對山區(qū)的人居安全構(gòu)成巨大威脅。物理模型試驗(yàn)?zāi)茌^好地模擬崩塌破壞模式、時(shí)間效應(yīng)等，能直觀地觀察研究高陡巖體崩塌的失穩(wěn)破壞全過程，因此采用物理模型試驗(yàn)研究高陡巖體的崩塌機(jī)制，具有無可比擬的優(yōu)勢。但由于高陡危巖自上而下巖體強(qiáng)度差異大、節(jié)理裂隙發(fā)育，發(fā)生崩塌失穩(wěn)時(shí)巖體變形大、破壞速度快，目前針對高陡危巖崩塌失穩(wěn)機(jī)制的物理模型試驗(yàn)方法仍是研究空白。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種高陡巖體崩塌機(jī)制的物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

這種高陡巖體崩塌機(jī)制的物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒃囼?yàn)承臺(tái)、人工反力裝置和測試設(shè)備；所述崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ头胖迷谠囼?yàn)承臺(tái)上，所述人工反力裝置設(shè)置在崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷纳隙?；所述測試設(shè)備包括壓力傳感器、激光傳感器、聲波換能器、聲波測試儀和高速攝像機(jī)；在崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷撞繀^(qū)域與試驗(yàn)承臺(tái)結(jié)合面、崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷撞繀^(qū)域與上部區(qū)域結(jié)合面分別布設(shè)壓力傳感器；在崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕戏胶蛡?cè)面安裝激光傳感器；在崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷撞繀^(qū)域的中間部位設(shè)置聲波換能器，所述聲波換能器連接聲波測試儀用以監(jiān)測波速變化；在崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡撞繀^(qū)域和上部區(qū)域分別安裝用以監(jiān)測崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅浪Х€(wěn)的動(dòng)態(tài)全過程的高速攝像機(jī)。

進(jìn)一步，在崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷纳隙?，于崩塌試?yàn)?zāi)Ｐ秃腿斯し戳ρb置之間設(shè)置有剛性墊板。

進(jìn)一步，上述崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑橛靡阅M高陡巖體且高徑比為3:1的長方體；所述崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷拈L×寬×高尺寸為1m×1m×3m，試驗(yàn)相似比設(shè)為1:50。

進(jìn)一步，上述崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛣澐譃榈撞繀^(qū)域和上部區(qū)域兩部分，底部區(qū)域用以模擬高陡巖體的壓裂潰屈區(qū)，上部區(qū)域用以模擬高陡巖體中上部的自重荷載區(qū)。

進(jìn)一步，上述底部區(qū)域長×寬×高尺寸為1m×1m×0.5m；所述上部區(qū)域長×寬×高尺寸為1m×1m×2.5m。

本發(fā)明還提出一種高陡巖體崩塌機(jī)制的物理模型試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

1)準(zhǔn)備用以模擬高陡巖體的崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ停和ㄟ^材料試驗(yàn)選配石膏礦粉水合物作為崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡撞繀^(qū)域組合塊體試驗(yàn)材料，選配石膏水合物為上部區(qū)域組合體塊體試驗(yàn)材料；

2)根據(jù)測試工況，分別采用不同的規(guī)則塊體來組合為模擬巖體的崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過調(diào)整塊體大小、強(qiáng)度以及組合方式模擬高陡巖體上強(qiáng)下弱的強(qiáng)度差異及自然界中巖體內(nèi)部節(jié)理裂隙的差異分布；

3)崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡撞繀^(qū)域?yàn)楸浪茐牡年P(guān)鍵測試部位，重點(diǎn)監(jiān)測該部位的受力；在崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷撞繀^(qū)域與試驗(yàn)承臺(tái)結(jié)合面、崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷撞繀^(qū)域與上部區(qū)域結(jié)合面分別布設(shè)壓力傳感器，獲取崩塌試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷撞筷P(guān)鍵部位在崩塌失穩(wěn)過程中的應(yīng)力變化規(guī)律；